Etude du potentiel d'introduction de la culture du pois d'hiver dans les successions culturales en Normandie : conséquences sur les communautés microbiennes du sol et les flux d'azote

Study of the introduction of winter pea in crop successions in Normandy : consequences on soil microbial communities and on nitrogen flow

• Auteur / Autrice : Cyrine Rezgui
• Direction : Isabelle Trinsoutrot-Gattin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....) - UniLaSalle (Beauvais - Rouen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agroécologie, Hydrogéochimie, Milieux et Ressources. UP C101 (2016-2022 ; Beauvais - Rouen)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Latour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jennifer Harris-Hellal, Karine Favre, Jean-Bernard Cliquet, Wassila Riah-Anglet, Guillaume Vitte
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard Bodson, Joëlle Fustec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Teneur en azote

Pédobiologie

Cultures et sols

Assolement

Mots clés libres

Assolement

Succession culturale

Transition agroécologique

Biologie des sols

Sols - Teneur en azote

Crop rotation

Crop succession

Agroecological transition

Soil biology

Soils - Nitrogen content

Résumé

La transition agroécologique vise la triple performance agronomique, écologique et sociétale des exploitations agricoles. Un certain nombre de pratiques agricoles permet d’envisager la construction et le développement de systèmes de culture répondant à ces contraintes. Les légumineuses, par leur capacité à fixer l’azote atmosphérique, sont une alternative intéressante aux intrants azotés. Outre l’absence de fertilisation lors de leur culture, elles fournissent de l’azote à la culture suivante. Il existe cependant un manque de références sur certaines légumineuses à graines et notamment la culture du pois d’hiver. En effet, si des données acquises dans différentes régions françaises sont disponibles, aucune référence n’a été publiée pour la Normandie où la culture du pois d’hiver connaît un récent regain d’intérêt. Cette thèse propose d’évaluer, sur une période de deux ans, l’effet du remplacement du colza par le pois d’hiver en tête de rotation en réalisant une analyse comparative de ces deux successions (pois d’hiver-blé et colza-blé). L’objectif était d’évaluer l’effet de ce changement de tête de rotation (pois d’hiver vs colza) sur l’état biologique du sol et les flux d’azote à différentes échelles spatiotemporelles. Les résultats ont révélé une forte variabilité spatio-temporelle dans la réponse des communautés microbiennes du sol, et mis en évidence l’importance du contexte pédoclimatique dans le déterminisme de l’abondance et de l’activité des communautés microbiennes du sol. Ils ont montré par ailleurs, l’effet positif du pois d’hiver sur la disponibilité de l’azote minéral au cours du cycle cultural et pour les cultures suivantes, ici le blé puis l’orge. Les apports d’azote minéral dans le sol lié à la contribution des parties racinaires via la rhizodéposition et à la dégradation des résidus de culture après récolte ont été évalués au cours de ce travail de thèse. En effet, si la rhizodéposition s’est révélée plus importante sous pois d’hiver, elle n’a pas eu d’impact significatif sur les communautés microbiennes rhizosphériques. Contrairement à ces observations, la dégradation des résidus de culture a significativement modifié la composition des communautés bactériennes en lien avec leur composition biochimique initiale. La succession culturale incluant le pois a enrichi le sol en azote minéral mais des risques de perte d’azote par lixiviation de l’ordre de 23 kg N. ha-1 ont été estimés. Ces constats soulignent l’importance d’adapter la conduite des systèmes de culture incluant le pois d’hiver, en limitant les pertes d’azote par lixiviation et en maximisant son utilisation par les cultures suivantes. Les résultats de ces travaux ont confirmé la diminution des quantités d’engrais azoté utilisées dans la succession contenant le pois, sans préjudice de productivité, ni pour le pois, ni pour la culture suivante, ici, le blé. Finalement, introduire le pois d’hiver dans la rotation de culture en région Normandie, semble permettre de répondre à la problématique d’augmentation du coût des intrants, et aux enjeux de transition agroécologique et d’autonomie protéique régionale.

The agroecological transition targets triple agronomic, ecological, and societal performance of farms. Some new agricultural practices had emerged to develop a new cropping system to respond to these constraints. Legumes constitute an interesting alternative. Indeed, legumes are advantageous for soils due to their symbiotic relationship with nitrogen-fixing bacteria. The presence of compatible rhizobia combined to nitrogen-limited conditions promotes symbiosis which is the most efficient way for legumes to acquire more nitrogen. Compared with non-nodulated plants, symbiosis provides a competitive advantage by increasing soil nitrogen pool. However, some grain legumes, notably winter pea, are rarely studied, especially in the Normandy region where no reference has been published for this crop. The objective of this study is to compare two crop successions for a period of two years (winter pea-wheat and rapeseed-wheat), in order to assess the effect of replacing rapeseed by winter pea at the head of the rotation .We evaluated the effect of these two crops (winter pea vs rapeseed) on the biological state of the soil and nitrogen fluxes at different spatio-temporal scales. The results showed a significant spatio-temporal effect on the response of soil microbial communities and highlighted the importance of the pedoclimatic context in determining the abundance and activity of soil microbial communities. A positive effect of winter pea has been demonstrated on the availability of mineral nitrogen during the crop cycle and for following crops (wheat and barley). The supply of nitrogen to the soil is linked to the rhizodeposition of nitrogen via plants roots and the degradation of crop residues after harvest. Our results showed that winter pea exhibited the greatest amount of nitrogen rhizodeposition. However, rhizodeposition did not have a significant impact on rhizospheric microbial communities. Contrary to these observations, the degradation of crop residues significantly modified the composition of bacterial communities linked to their initial biochemical composition. Crop succession including winter pea enriched the soil with mineral nitrogen but simulation with STICS software revealed a nitrogen leaching around of 23 kg N. ha-1 during the cropping cycle. These findings underline the importance of adapting an adequate crop management system, including winter pea, to limit nitrogen losses. The results showed also that wheat yields after winter pea without the use of nitrogen fertilizers were equivalent to those obtained after rapeseed. However, rapeseed required significant nitrogen fertilization. Including winter pea in crop rotation in Normandy region may be a key to enhance productivity, to respond to the challenges of agroecological transition, regional protein autonomy, and to reduce environmental and economic costs, by reducing notably, the costs of fertilizers production and uses.